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永冻土解冻 北极地底下的威胁

2019-09-16 12:51国家地理杂志

阿拉特纳河向南流出阿拉斯加的布鲁克斯岭,其河谷成为野生动物向北迁入暖化北极的廊道...
阿拉特纳河向南流出阿拉斯加的布鲁克斯岭,其河谷成为野生动物向北迁入暖化北极的廊道。河狸的数量暴增,而牠们的池塘(左侧的河流远处可以看到好几个)会加速永冻土的解冻。 摄影: 凯蒂. 奥林斯基 katie Orlinsky
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【北极撰文: 克雷格. 威尔许 CRAIG WELCH / 摄影: 凯蒂. 奥林斯基 katie Orlinsky】

瑟盖.齐默夫把一根长毛象的骨头丢到骨头堆上。他蹲在沁凉宽阔的科力马河畔的一夜之间就解冻。像杜瓦尼谷地区这样的土壤软化、陷落,释放出原本在冰冻泥土中深埋了数千年的古代生命遗迹和大量的碳。这些碳以甲烷或二氧化碳的形式进入大气,肯定会加快气候变迁的速度。

齐默夫那摇摇欲坠的研究站位于金矿小镇车斯基,距离杜瓦尼谷约三小时的快艇船程,他以那里为基地,已经花了几十年发掘北极暖化的秘密。

如今的新发现显示,随著地球暖化,碳会散逸得更快。由于没想到北极暖化得这么快,融水又以令人忧虑的方式冲刷著极区的地貌,如今研究人员推测,地球平均温度每上升摄氏1度,永冻土释放的碳量,可能相当于四到六年的煤炭、石油和天然气的总碳排放量,这是科学家几年前估计值的二到三泥地上,旁边是地质破碎的高耸峭壁。

这是深入北极圈的西伯利亚东部的夏天。放眼望去没有半点霜雪,但这处称为「杜瓦尼谷」的峭壁受到科力马河的侵蚀,显露出深埋底下的东西:一层永冻土,深达数百公尺,而且正快速暖化。

细枝、其它植物物质,还有冰期的动物残骸,全都散落在河滩上,齐默夫的靴子也深陷其中。「我热爱杜瓦尼谷。」他一边说,一边从淤泥中用力拉出化石。「这里就像一本书,每一页都是自然史的一则故事。」

甲烷是强效的温室气体,正从北极各地湖底的解冻土壤中冒出来。到了冬天,地表的冰层会...
甲烷是强效的温室气体,正从北极各地湖底的解冻土壤中冒出来。到了冬天,地表的冰层会困住气体。这个池塘靠近阿拉斯加的费尔班克,科学家在此钻透冰层,把散逸出来的甲烷放火烧掉。 摄影: 凯蒂. 奥林斯基 katie Orlinsky
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在地球顶端这片2300万平方公里的土地上,气候变迁正写下新的篇章。北极的永冻土并不是像科学家以前预测的那样逐渐解冻。从地质学角度来看,几乎等于是倍。如果不遏止化石燃料的使用,可能在未来数十年内,永冻土就会成为全世界最大的温室气体排放源,与现在排放量居冠的中国一样。

我们还没有把这一点列入计算。直到最近, 联合国的跨政府气候变迁研究小组(IPCC)才开始将永冻土纳入预测。与人类本身相比,永冻土让地球暖化的潜力只是小巫见大巫。但若希望如2015年巴黎会谈期间195国的协议一样,将暖化限制在摄氏2度以内,新的研究显示,我们必须比IPCC的模型预测提早八年压低排放量,才能抵销持续发生的解冻。在我们必须加速转换到洁净能源的原因中,这可能是最被低估的一个。不管我们设定的抗暖化目标为何,想达到它,采取行动的速度必须比我们所想的更快才行。

齐默夫在1970年代来到车斯基,当时他还是大学生,协助测量队绘制地图。几年后他又回到这里,创立了「东北科学研究站」,如今由他与儿子尼基塔共同拥有和运作。因为预算很少,研究站只能因陋就简,不过仍吸引了全世界的北极科学家前来。

2018年某个夏日,我和摄影师凯蒂.奥林斯基与齐默夫一同搭乘老旧船只,载运补给品前往安巴赤克湾的一座碳监测设施,就在科力马河流入北冰洋的出海口附近。我们穿越松软的草地,走的步道是用旧的蒸汽散热片铺成。

齐默夫走路时用一根金属长杆戳刺地面,为了检查坚硬永冻土的深度。永冻土是整年保持冻结的土壤,上面覆盖著至多4公尺厚的泥土和腐植质,这一层称为活冻层,通常每年夏天都会解冻,到了冬天再重新冻结,保护永冻层不受上方温度升高的影响。但是2018年春天,帮尼基塔工作的团队发现,在极地漫长的冬季中,车斯基周围接近地表的泥土完全没有冻结。这简直闻所未闻:地面下一直到75公分深处的土壤应该都已经冻结了。结果却是一片软糊。

西伯利亚东部的巴塔盖卡巨坑将近有1公里宽,而且持续增大,是整个北极众多坑洞中最大...
西伯利亚东部的巴塔盖卡巨坑将近有1公里宽,而且持续增大,是整个北极众多坑洞中最大的一个。因为掺杂著冰的永冻土解冻,地面因而下陷、形成巨坑或湖泊。 摄影: 凯蒂. 奥林斯基 katie Orlinsky
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「三年前,永冻层上方的地面温度是摄氏零下3度,」齐默夫说:「然后是零下2度。再来是零下1度。今年,温度是零上2度。」一方面来说,这并不令人意外。地球自19世纪末以来最热的五年,都发生在2014年以后,而北极地区暖化的速度,又因为能帮助降温的海冰流失,而比地球其它地区快了两倍多。

全球永冻土的温度从过去半个世纪以来持续上升。在阿拉斯加的北坡区,永冻土温度30年来上升了摄氏5.8度。

但齐默夫父子在2018年记录的另一件事,影响层面远达北极地区之外:冬季的解冻。

说来矛盾,肇事者是豪雪。西伯利亚很干燥,但2018年以前有好几年冬天降下厚雪,覆盖整个地区。雪的作用就像毯子,将夏天的热度保存在土壤里。在距离车斯基18公里的研究地点,德国马克斯.普朗克生物地球化学研究所的马西亚斯.葛克达发现雪的厚度在五年内翻倍。而到了2018年4月,活冻层温度已经上升了摄氏6度。

这种现象不仅限于西伯利亚。弗拉迪米尔.罗曼诺夫斯基是阿拉斯加大学费尔班克分校的永冻土专家,多年来都观察到阿拉斯加超过180个研究地点的活冻层在1月中旬完全冻结。但因为那些地方近期也面临豪大雪,冻结的时间先是延迟到2月,接著到3月。2018年,罗曼诺夫斯基在费尔班克附近有八个研究地点、阿拉斯加西部的苏厄德半岛有十几个地点,一直没有完全冻结。

齐默夫父子相信,冰期的大型草食动物有助维持丰饶的北极草原,部分原因是为草原施了肥...
齐默夫父子相信,冰期的大型草食动物有助维持丰饶的北极草原,部分原因是为草原施了肥。为了恢复干燥的大草原,同时减缓永冻土的解冻速度,他们正把野马和其它草食动物引入科力马河一条支流的沿岸地区,他们称之为「更新世公园」。 摄影: 凯蒂. 奥林斯基 katie Orlinsky
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全球的永冻土内储存了1兆6000亿公吨的碳,是大气碳含量的将近两倍。没人觉得那些碳会全部或大部分解冻。直到最近,科学家的假设都是永冻土最多会失去10%的碳。而即使只是那样的量,他们都以为历时可能长达80年。

但是当活冻层在冬天也不结冻的时候,速度就加快了。升高的温度让微生物能分解土壤中的有机质,释放出二氧化碳或甲烷,而且是一整年都这样,而不是只有每年夏天的短短几个月。冬天的温暖向下扩散进入永冻土本身,使之解冻得更快。

「我们很多假设都被推翻了。」萝辛.柯曼说;她是哥伦比亚大学的大气化学家,用飞机追踪碳排放量。她和同事发现,自1975年以来,阿拉斯加北坡区在初冬的二氧化碳排放量已经增加了73%。

几个多雪的冬天并不足以构成趋势;去年冬天车斯基降雪较少,土壤再度明显冷却。

费尔班克的降雪量也少。然而在罗曼诺夫斯基位于阿拉斯加的几个研究地点,活冻层又保留了足够的热能,没有完全结冻。

「这真的令人吃惊。」马克斯.荷姆斯说;他是美国麻州林洞研究中心副主任。

「我一直把永冻土的解冻想象成缓慢稳定的过程,而也许这五年只是一段异常期。但万一不是如此呢?万一变化得更快呢?」而且万一这种变化会自我增强――就像北冰洋的情况呢?

本文由致力于保护地球资源的非营利组织国家地理学会赞助。

作者克雷格.威尔许最近的特别报导是南极半岛的生态变迁。

摄影师凯蒂.奥林斯基住在纽约市,报导北极地区已经超过五年。

《国家地理》杂志2019年9月号
《国家地理》杂志2019年9月号
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延伸阅读》

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完整「北极资源争夺战」 精彩内容文章,都在《国家地理》杂志2019年9月号

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